卧式双螺旋混合机设计

前言

搅拌设备使用历史悠久，大量应用于化工、石化、轻工、医药、食品、采矿、冶金等行业中。搅拌设备可以从各种不同角度进行分类，如按照搅拌装置的安装形式简单的可分为立式和卧式，其中卧式是指搅拌容器轴线与混合机回转轴线都处于水平位置。

本课题在国内外混合机的研究与发展的基础上，设计了一种新的带有搅拌功能的卧式混合机结构设计方案，以用于食品工业的面粉搅拌操作。该卧式混合机具有的传动系统，采用V带和齿轮传动实现搅拌任务。

本文对卧式混合机的基本结构、基本尺寸进行了详细设计，并利用SOLIDWORKS对混合机结构进行三维建模，以便更直观地展现设计思想和进行结构分析；并对设计零件进行了分析校核，保证混合机的可靠运行。

关键词：卧式；混合机；混合；食品工业

目录

1 绪论 (1)

1.1课题研究意义 (1)

1.2混合机国内外发展现状 (1)

1.3卧式混合机发展趋势 (3)

1.4论文主要完成的工作 (3)

2 卧式混合机总体方案设计 (4)

2.1卧式混合机总体结构方案 (4)

2.2混合机性能指标的设定 (5)

3 卧式混合机结构设计 (6)

3.1驱动元件的选择与计算 (6)

3.2 传动系统的结构设计 (8)

3.3搅拌部分结构设计 (11)

4 安全性计算与校核 (13)

4.1轴承的校核 (13)

4.2轴的校核 (14)

总结 (15)

致谢 (16)

参考文献 (17)

1 绪论

1.1课题研究意义

理论上把任何状态（固态、液态、气态和半液态）下物料均匀掺和在一起的操作称为混合，但习惯上常把固态物料之间掺和或者固态物料加湿的操作称为混合；而把固态、液态或气态物料与液态物料混合的操作称为搅拌[1]。

搅拌与混合操作是应用最广的过程操作之一，大量应用于化工、石化、轻工、医药、食品、采矿、造纸、农药、涂料、冶金、废水处理等行业中。近年来，搅拌与混合技术发展很快、搅拌与混合设备向着大型化、标准化、高效节能化、机电一体化、智能化和特殊化方向发展。在这种形式下，技术人员如何借鉴已有经验，掌握新的变化情况，正确设计与选用不同工艺条件下操作的搅拌与混合设备，使其满足安全、可靠、高效和节能的要求，就变得十分重要了。

搅拌混合设备是各种工业反应不可或缺的重要机械。然而，由于搅拌目的多样性和混合反应的复杂性，当前，搅拌混合技术还存在着一些问题。例如搅拌效率低，功耗大，铸造成本高，在自动化选型和设计问题上，长期以来一直依靠专家根据经验知识人工完成，智能化水平不高，设计周期较长，资金和人力物力消耗巨大等。因此研制新型搅拌装置和采用先进流场测量技术一直是搅拌过程所研究的主要课题。

1.2混合机国内外发展现状

在食品工业中，混合是指两种或两种以上不同物料互相混合，成分浓度达到一定程度均匀性的单元操作[2]。混合机应用于谷物混合、粉料混合、面粉中加辅料与添加剂、干制食品中加添加剂与调味粉及速溶饮品的制造等操作中，目的是使两种或两种以上的粉料颗粒通过流动作用，成为组分浓度均匀的混合物。

近年来，随着科学技术的发展和相关理论的完善进一步成熟，混合机的设计和制造获得了飞速发展。但是，它也面临着必需满足合理利用资源、节能降耗和对环境保护要求的严峻挑战。混合机在服从装置规模经济化和品种多样化的同时，正日趋大型化。基于节能要求，开发出变频调速电机、小剪切阻力桨叶、以新型密封代替机械密封和填料密封，以磁力驱动代替机械驱动。基于降低产品总体成本、减少维修保养成本和提高设备品均维修间隔时间的要求，大大提高设备运行寿命。基于满足卫生和降低清洗和杀菌成本的要求，实现CIP（就地清洗）和SIP（就地杀菌），提高自动化水平，避免人与产品接触，减少人工操作和待机时间，大大提高产品卫生水平。这些都是现代新型搅拌装置的研究方向，其中有许多方面已经取得丰硕成果，有些方面还在进一步研究当中[3]。

传统的混合机密封装置基本有四种，填料密封、机械密封、液压密封和唇状密封。前两种密封同泵的密封类似。液压密封最简单，在混合机中用得最少。唇状密封只适用于低压、防尘、防蒸汽的密封，这种密封，结构也很少采用，最常用的密封是前两种。其中机械密封成本较高，但泄漏率低，维修频度是填料密封的二分之一到四分之一。

磁力驱动混合机的特点是以静密封结构取代动密封，混合机与电极传动之间采用磁力偶合器联

结，不存在接触传递力矩，能彻底解决机械密封与填料密封的泄漏问题。在国内威海自控反应釜公司、开原化工机械磁力反应釜厂、温州中伟的磁密封设备厂等均生产磁力混合机。国外的瑞典NA 型磁力搅拌反应釜，混合机安装在反应釜底部，混合机与釜底齐平，易于拆卸，可靠、耐用和便于维修。磁力混合机的缺点是对于一些粘稠液体或有大量固体参加或生成的反应尚不能顺利使用，此时必须使用机械混合机作为驱动能源。

在新型搅拌桨叶的开发方面，很多公司都在积极开发具有适合于高黏度物料的桨叶的混合机，其中美国ROSS公司开发的新型双行星式混合机是其中之一。同传统的矩形长条形行星桨叶(见图

1-1 a)不同，新型的高黏度搅拌桨叶(见图1-1 b)有一个精确的空间角度，使桨叶的转动轨迹不但有力地推动高黏度物料向前运动，而且推动它向下运动，不产生爬升，而且比传统的行星式垂直桨叶的阻力要小得多。传统的行星式垂直桨叶有两组，每组两片垂直的扁长桨叶，当这两片桨叶在容器里面转动时，产生极大剪切阻力，功耗大增，电流猛升。这个问题一直是传统行星式垂直桨叶的要害所在。

（a）传统的行星式桨叶（b）新型HV桨叶

图1-1 新旧搅拌桨叶对比

新型HV桨叶由于是螺旋式设计，两组HV桨叶在交替转过一个截面时几乎是连续地在切断物料，负荷是连续地处于平衡状态，从而消灭了电流的浪涌迹象。德国INOTECH公司采用锥形搅拌原理的搅拌头，既可搅拌低黏度，也可搅拌黏度高的物料，其形状如图1.2所示。

图1-2 搅拌低粘度和高粘度物料的慢速转动的搅拌头